韓光遠

徐礦集團

孟加拉國Barapukuria煤礦協(xié)調(diào)減損開采技術的研究與實踐

韓光遠

徐礦集團

孟巴礦井地質(zhì)開采條件特殊，開采煤層厚度大，煤層頂板砂巖整體性強，開采煤層上覆煤系地層厚度變化較大，LDT是唯一的UDT富含水砂層下的相對隔水層，且在北翼開采邊界位置LDT隔水層厚度小于10m，在南翼LDT厚度由北向南逐漸變厚，但是在大部分區(qū)域Ⅵ煤頂板砂巖以上煤系地層缺失，南翼由北向南Ⅵ煤頂板砂巖逐漸變薄，Ⅵ煤以上煤系地層也逐漸變薄甚至缺失。因此，在開采中必須既保證覆巖導水裂縫帶不波及LDT巖層，同時也要保證LDT在覆巖移動過程中變形損傷小。針對孟巴礦井地質(zhì)及開采條件，要解決這些問題必須采用協(xié)調(diào)減損開采技術，或者降低開采厚度，或者采用特殊開采方法。

1.邊界協(xié)調(diào)開采

厚煤層開采邊界作用增加了拉應力區(qū)應力的疊加增高，從而導致導水裂縫帶高度大幅增加，其對于UDT下安全開采影響巨大。以1206工作面開采開且眼位置的錯距協(xié)調(diào)布置與非錯距協(xié)調(diào)布置開采覆巖變形計算與導水裂縫帶高度計算分析如下：

1206工作面西側(cè)緊鄰1204工作面，位于1104和1106工作面下部。從開采煤層頂板至LDT底板垂距210m，tanb=2.0，rz=Hz/ tanb=105m，b=0.25。

（1）分層錯距與對齊開采LDT巖層最大拉伸變形比較：

對比地表拉伸變形裂縫破壞情況，當拉伸變形在10mm/m以下時，地表拉伸變形破壞裂縫深度一般在2米以內(nèi)；當拉伸變形達到15mm/m-20mm/m時，拉裂裂縫破壞深度可能達到5-8m。10m厚的LDT隔水層就有可能被擊穿破壞。分析上述計算結(jié)果：當開采邊界以一分層與二分層對齊方式布置，覆巖中LDT拉伸變形達到17.4mm/m，盡管覆巖導水裂縫帶高度未發(fā)育到LDT底部，但是LDT底部不存在隔水層，UDT承壓水會擊穿LDT裂縫未破壞部分，進而穿越LDT底部未破壞巖層下泄至采空區(qū)，這種情況可能導致較大的礦井水害發(fā)生，甚至可能造成淹井災害發(fā)生；當采用分層錯距布置方式，可以大大降低LDT隔水層的拉伸變形破壞強度，LDT拉伸變形在10mm/m以下，裂縫深度一般在2米以下，LDT在受采動影響后仍然具備阻隔UDT承壓水的完整性。

（2）分層錯距與對齊開采導水裂縫帶高度分析比較

根據(jù)實驗探測結(jié)果，孟巴地質(zhì)采礦條件下一分層開采導水裂縫帶高度為開采高度的25倍；二分層開采導水裂縫帶高度為累計開采高度的20倍。即在開采邊界位置，對齊開采導水裂縫帶高度為120m；錯距開采導水裂縫帶高度僅為75m。邊界協(xié)調(diào)開采一是應用分層錯距邊界的拉伸區(qū)與壓縮區(qū)的疊加作用，有效降低覆巖拉伸變形強度，二是減緩邊界支撐形成的裂縫區(qū)分布形式，有利于在重力作用下裂縫區(qū)的閉合。

2.一分層與二分層錯距協(xié)調(diào)布置

由于一分層開采后采空區(qū)留有區(qū)段煤柱，區(qū)段煤柱區(qū)形成的支撐壓力區(qū)對二分層開采形成影響。傳統(tǒng)的二分層工作面的布置與一分層相對一致，主要是考慮到采空區(qū)防火的要求，但是孟巴礦礦井開采災害主要是水害、沖擊礦壓災害防治，在開采災害防治方面必從水、礦壓、火等方面災害的綜合防治考慮，以得到事半功倍的效果。二分層與一分層錯距布置的原則是二分層開采后必須有效破壞一分層采空區(qū)煤柱，一是消除煤柱支撐區(qū)形成的導水裂縫區(qū)，減小礦井開采采空區(qū)的長期涌水量；二是避免采空區(qū)煤柱在大范圍開采后，大范圍煤柱集中破壞失穩(wěn)形成的大面積頂板災害，誘發(fā)較大的沖擊礦壓災害發(fā)生；三是一分層采空區(qū)煤柱被有效破壞后，有利于在覆巖重力作用下覆巖整體下沉密實采空區(qū)，起到采空區(qū)防火作用。

3.主要結(jié)論

應用理論計算、實驗室實驗模擬、數(shù)值計算分析模擬、現(xiàn)場探測等綜合方法完成了孟巴礦特殊地質(zhì)、水文地質(zhì)、采礦條件下的UDT水體下安全開采開采技術，結(jié)合現(xiàn)場開采工程實踐，形成了適合孟巴礦井地質(zhì)采礦條件的安全開采和災害防治體系，完成了課題研究的預定目標和任務。主要結(jié)論如下：

（1）全面分析了孟巴礦地質(zhì)采礦條件的特殊性，給出孟巴礦Ⅵ煤頂板砂巖、Ⅵ煤以上含煤地層厚度、LDT厚度及巖性是UDT承壓水體下開采的主要影響因素。提出應用合適的開采方法分（次）段破壞釋放Ⅵ煤頂板砂巖，分層邊界錯距布置控制開采覆巖導水裂縫帶發(fā)育高度和LDT變形破壞程度，二分層合理布局開采破壞一分層采空區(qū)煤柱，實現(xiàn)開采后覆巖整體下沉，分段限高開采等控制覆巖導水裂縫帶發(fā)育高度方法，形成孟巴礦井水、火及沖擊礦壓災防治的綜合體系。

（2）通過邊界協(xié)調(diào)減損布置開采應用，有效降低了導水裂縫帶發(fā)育高度，確保LDT隔水層的完整性。

（3）通過二分層協(xié)調(diào)減損布置開采方法的應用，有效地破壞了一分層采空區(qū)煤柱，實現(xiàn)了二分層開采后覆巖整體下沉密實采空區(qū)的作用，既不但消除了煤柱支撐區(qū)形成的導水裂縫區(qū)，減小礦井開采采空區(qū)的長期涌水量，而且避免了二分層非錯距開采采空區(qū)煤柱大范圍集中破壞失穩(wěn)形成的沖擊礦壓災害，同時覆巖整體下沉密實有利于采空區(qū)防火。

（4）應用協(xié)調(diào)開采方法安全開采了二分層1204、1203綜采工作面、1206、1208、1210、1212、1214綜放開采工作面，取得了良好的技術經(jīng)濟效益。

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